主控板结构如图3所示，上位机发送的数据通过双绞传送到RS422接收模块[2]，经转换后送至单片机，由单片机的IOB7口以UART中断的方式接收上位机发送的数据。单片机将接收的串口数据以两个字节为单位逐一写入内置的FLASH中。单片机内部的2K字SRAM在此作为一个缓存区，每次单片机要向FPGA中写一屏新的数据时，先按特定的地址从FLASH中读出数据并存放到SRAM中，再将SRAM的数据并行写到FPGA的双口RAM中。
FPGA在其内部配置一个双口RAM缓存单片机写入的数据，同时将这些数据按照大屏的结构和扫描电路的特点，从双口RAM中有选择性地读出，并将读出的数据由并转串，按照一定的时序对大屏点阵进行、列扫描，这个时序也是由FPGA产生的。扫描数据和时序控制信号从FPGA的I/O口输出后，经过一个由74LS245构成的隔离驱动电路送至大屏幕。
2.3基于FPGA的双口RAM的配置
基于FPGA的双口RAM的配置是本设计的独特之处。RAM作为中介将单片机送来的数据在LED电子屏上显示出来，由于数据显示是一种动态扫描方式，若采用一个RAM 区，单片机在写RAM 时，FPGA只能处于等待状态，FPGA读RAM时，单片机写数据也无法同时进行，导致屏幕刷新频率降低，动态扫描不连续，影响屏幕的显示效果。因此设计了两个同样大小的RAM 区：A区和B区。当单片机写A区时， FPGA读B区的数据，单片机写B区时，FPGA读A区的数据。此外，由于FPGA扫描模块可以达到很高的扫描速率，而单片机的运行速率则相对较低，且两个模块间有大量的数据交换，为此选择高速双口RAM,一方面保证单片机和FPGA同时读写数据，另一方面保证了数据的处理速度。
    cyclone EP1C6提供了20个具有异步﹑双端口﹑带寄存器输入口﹑可选择的带寄存器输出口的存储模块—M4K模块，每个M4K模块的存储容量为4Kbit。在QUARTUS软件中进行简单的设置，就可以将M4K模块配置成双口RAM,数据和地址的位宽可根据实际需要进行选择。本文设计的RAM可容纳两屏的数据，数据位宽为16位，地址为12位，其中地址的最高位作RAM分区用，每个区存储一屏的数据，两屏读写同时进行，双口RAM的配置如图4所示。

其中wren是单片机往FPGA中写入数据的写使能信号，wraddress[11..0]是写的地址信号， wrclock是写时钟，data[15..0]是写的数据，rdaddress[11..0]是读的地址信号，rdclock是读数据的时钟信号，q[15..0]是读出的数据。
2.4基于FPGA的独立扫描单元
点阵模块是红色LED共阴模块，4块16×16点阵模块连接成64×16点阵作为一个单元进行控制，整个大屏有3×8个这样的单元。将LED的公共接口作为行控制，行扫描信号同时控制着一行中多个LED的通断，以每个LED流过的电流为10mA计算，一个单元有64列,行扫描信号至少得提供1A左右的电流，因此，在扫描信号送到LED之前必须经过一个三极管以提高驱动能力。三极管选用高速中功率达林顿管TIP127，它的集电极吸收电流最大可达5A，保证行驱动能力。由于点阵的每行需要一个三极管驱动，所以一个64×16的单元块需要16个TIP127。行扫描电路采用带锁存的移位寄存器74LS595来控制，每片74LS595控制 8行点阵的选通与否。由于采用的扫描方式为每隔8行数据同时扫描，一片74LS595每次只能点亮一行的数据，每行点亮的时间相等即占空比为1/8，因此屏幕亮度非常均衡。
列扫描电路的功能是把要显示的行对应的列数据送到LED的阴极，列扫描也是由74LS595控制的。本文设计的屏幕的硬件结构特点是：每8行LED的阴极是连在一起的，每片74LS595控制8列数据，每隔8行同时扫描，对于一个64×16的点阵单元，共需要8×2个74LS595控制，每行上的74LS595都是级联起来的。每完成一次列扫描，FPGA都要输出一个锁存信号给74LS595以锁存列数据，接着输出行扫描信号点亮对应的行，再对行扫描数据进行锁存，如此循环往复实现整个大屏幕的动态实时显示功能[4]。
由于FPGA在行列扫描之前已经对数据进行并串转换，数据都是串行输出的，每隔8行同时扫描，整个屏幕行扫描只需占用1个I/O口，列扫描只需占用16个I/O口，从而大大减少了对I/O的占用。采用FPGA设计扫描逻辑，扫描的关键不在是硬件连接，而是对芯片资源的配置。
3 软件设计
系统的软件设计由三部分组成：上位机图象/文字编辑与发送软件设计，单片机控制单元软件设计，FPGA控制单元软件设计。
3.1 上位机软件设计
上位机的图象/文字编辑与发送软件由Visual Basic编写，只须在界面中将屏幕大小设置为192×128，串口选择COM1或COM2，波特率设置为9600，设置每屏起始地址和要发送的屏数，调入包含相关信息的文件，点击“发送”按钮即可。该软件适用于任何大小彩色/单色屏，提供了丰富的图形/文字编辑﹑修改功能，也可以直接调用WINDOWS中的16色画图文件（*.bmp）。
3.2  单片机控制单元软件设计
单片机控制单元的软件设计主要实现三大功能：串行数据接收和存储、数据输出和图象显示方式变换。串行数据接收部分主要是通过UART中断接收并保存数据。图象显示方式变换部分实现图象的变换如上移、下移、左移、右移等以实现丰富多彩的图象显示效果。单片机软件设计是在凌阳科技的集成开发环境unSP IDE下完成的，主要由一个C文件和一个ASM文件组成，C文件包括5屏数据的循环送显和图像显示方式变换，汇编文件包括中断服务子程序和其他函数调用的子程序。